Алюмокалиевые квасцы , алюмокалиевые квасцы или сульфат алюминия калия — это химическое соединение, впервые упомянутое под различными санскритскими названиями в аюрведических медицинских текстах, таких как Чарак Самхита , Сушрут Самхита и Аштанг Хридайя ; химически определяется как двойной сульфат калия и алюминия с химической формулой KAl(SO 4 ) 2 . Обычно встречается в виде додекагидрата , KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O. Он кристаллизуется в октаэдрической структуре в нейтральном растворе и кубической структуре в щелочном растворе с пространственной группой Pa 3 и параметром решетки 12,18 Å. [4] Соединение является наиболее важным членом общего класса соединений, называемых квасцами , и часто называется просто квасцами . [5]
Алюмокалиевые квасцы обычно используются в очистке воды , дублении кожи , крашении , [6] огнестойких тканях и разрыхлителе как E-номер E522 . Он также имеет косметическое применение в качестве дезодоранта, средства после бритья и кровоостанавливающего средства при небольших кровотечениях после бритья. [7] [8]
Исторически сложилось так, что алюмокалиевые квасцы широко использовались в шерстяной промышленности [9] с античности , в средние века и вплоть до 19 века в качестве протравы или фиксатора красителя в процессе превращения шерсти в окрашенные рулоны ткани . [ необходима ссылка ]
Алюмокалиевые квасцы были также известны древним египтянам , которые добывали их из эвапоритов в Западной пустыне и, как сообщается, использовали их еще в 1500 году до нашей эры для уменьшения видимой мутности ( замутненности ) воды. [ необходима ссылка ]
По словам эксперта по истории химии Ближнего Востока Мартина Леви, алюмокалиевые квасцы являются одним из немногих соединений, известных древним, которые можно найти в относительно чистом виде в природе, а также одним из немногих химикатов, используемых в химической технологии Месопотамии , которые можно идентифицировать с уверенностью. [10] Использовались как местные, так и импортные алюмокалиевые квасцы. [10] Вместе с другими агентами алюмокалиевые квасцы использовались в стекольном производстве , дублении и при окраске тканей , дерева и, возможно, волос. [10] Процесс дубления с использованием алюмокалиевых квасцов описан в табличках первого тысячелетия до нашей эры. [10] Когда Леви писал свою статью в 1958 году, никакого описания процесса окрашивания найдено не было, поэтому неизвестно, как в нем использовались алюмокалиевые квасцы. В месопотамской медицине алюмокалиевые квасцы широко использовались, например, против зуда, желтухи , некоторых заболеваний глаз и неопознанных недугов. [10]
По словам Леви, алюмокалиевые квасцы использовались в «классические времена» в качестве флюса при пайке меди , для огнезащиты древесины и для разделения серебра и золота, но нет никаких доказательств того, что эти применения существовали в Месопотамии. [10]
Производство алюмокалиевых квасцов из алунита археологически подтверждено на острове Лесбос . [11] Это место было заброшено в VII веке, но датируется по крайней мере II веком н. э.
Калийные квасцы были описаны под названием alumen или salsugoterrae Плинием [12], и это, очевидно, то же самое, что и stypteria ( στυπτηρία), описанная Диоскоридом [13] . Однако название alum и другие названия, применяемые к этому веществу, такие как misy , sory , chalcanthum и atramentum sutorium , часто применялись к другим продуктам с отдаленно похожими свойствами или применением, таким как железный купорос или «зеленый купорос». [14] [ необходима полная цитата ]
Алюмокалиевые квасцы упоминаются в аюрведических текстах, а именно в Чарак Самхите, Сушурта Самхите и Аштанга Хридая, под такими названиями, как спхатика кшара , фиткари или саураштри . Они используются в традиционной китайской медицине под названием минфан .
В XIII и XIV веках квасцы (из алунита) были основным импортным товаром из Фокеи ( залив Смирны в Византии) генуэзцами и венецианцами (и были причиной войны между Генуей и Венецией ), а позднее и Флоренцией . После падения Константинополя алунит (источник квасцов) был обнаружен в Толфе в Папской области (1461). Текстильная красильная промышленность в Брюгге и многих местах в Италии, а позже и в Англии, требовала квасцы для стабилизации красителей на ткани (делали красители «быстрыми»), а также для придания яркости цветам. [15] [16]
Алюмокалиевые квасцы импортировались в Англию в основном с Ближнего Востока , а с конца XV века и далее из Папской области в течение сотен лет. Там они использовались в качестве фиксатора красителя ( протравы ) для шерсти (которая была одной из основных отраслей промышленности Англии, стоимость которой значительно возрастала при окрашивании). [ необходима цитата ] Однако эти источники были ненадежными, и возникла необходимость в разработке источника в Англии, особенно после того, как импорт из Папской области прекратился после отлучения Генриха VIII от церкви . [17]
При государственном финансировании попытки предпринимались на протяжении XVI века, но безуспешно до начала XVII века. В Йоркшире была основана промышленность по переработке сланца , который содержал ключевой ингредиент, сульфат алюминия , и внес важный вклад в промышленную революцию . Одним из старейших исторических мест по производству квасцов из сланца и человеческой мочи является квасцовый завод Peak в Равенскаре , Северный Йоркшир. К XVIII веку ландшафт северо-восточного Йоркшира был опустошен этим процессом, который включал строительство 100-футовых (30-метровых) штабелей горящего сланца и непрерывную подпитку их дровами в течение месяцев. Остальная часть производственного процесса состояла из добычи, извлечения, замачивания сланцевой золы с морскими водорослями в моче, кипячения, испарения, кристаллизации, измельчения и погрузки в мешки для экспорта. Добыча полезных ископаемых въелась в скалы этого района, леса вырубались ради древесного угля, а земля загрязнялась серной кислотой и золой. [18]
В начале 1700-х годов Георг Эрнст Шталь утверждал, что реакция серной кислоты с известняком дает своего рода квасцы. [19] [20] Ошибка была вскоре исправлена Иоганном Поттом и Андреасом Маргграфом , которые показали, что осадок, полученный при выливании щелочи в раствор квасцов , а именно глинозем , существенно отличается от извести и мела и является одним из ингредиентов обычной глины . [21] [22]
Маргграф также показал, что идеальные кристаллы со свойствами квасцов можно получить, растворяя глинозем в серной кислоте и добавляя к концентрированному раствору поташ или аммиак . [23] [24] В 1767 году Торберн Бергман заметил необходимость в сульфатах калия или аммония для превращения сульфата алюминия в квасцы, в то время как натрий или кальций не подходили для этого. [23] [25]
В то время считалось, что калий («поташ») содержится исключительно в растениях. Однако в 1797 году Мартин Клапрот обнаружил присутствие калия в минералах лейците и лепидолите . [26] [27]
Луи Воклен затем предположил, что калий также является ингредиентом многих других минералов . Учитывая эксперименты Маргграфа и Бергмана, он заподозрил, что эта щелочь составляет существенный ингредиент природных квасцов. В 1797 году он опубликовал диссертацию, демонстрирующую, что квасцы представляют собой двойную соль , состоящую из серной кислоты, глинозема и поташа. [28] В том же журнальном томе Жан-Антуан Шапталь опубликовал анализ четырех различных видов квасцов, а именно римских квасцов, левантийских квасцов, британских квасцов и квасцов, изготовленных им самим, [29] подтвердив результаты Воклена. [23]
Алюмокалиевые квасцы кристаллизуются в правильных октаэдрах со сплющенными углами и хорошо растворимы в воде. Раствор слегка кислый и вяжущий на вкус. Нейтрализация раствора квасцов гидроксидом калия начнет вызывать отделение оксида алюминия Al(OH)
3. [ необходима ссылка ]
При нагревании почти до красного каления он дает пористую, рыхлую массу, которая известна как «жженый алюм». Он плавится при 92 °C (198 °F) в собственной кристаллизационной воде . [ необходима цитата ]
Додекагидрат алюмокалиевых квасцов встречается в природе как сульфатный минерал, называемый квасцами-(K) , обычно в виде отложений на скалах в зонах выветривания и окисления сульфидных минералов и калийсодержащих минералов. [ необходима ссылка ]
В прошлом алюмокалиевые квасцы получали из алунита ( KAl(SO
4)
2·2Al(ОН)
3), добываемый из серосодержащих вулканических отложений. [30] Алунит является сопутствующим и вероятным источником калия и алюминия. [1] [31] Он был обнаружен на Везувии , Италия ; к востоку от Спрингсура , Квинсленд ; в пещере Алум, Теннесси ; в ущелье Алум, округ Санта-Крус, Аризона и на филиппинском острове Себу .
Чтобы получить квасцы из алунита , его прокаливают , а затем подвергают воздействию воздуха в течение значительного времени. Во время этого воздействия его постоянно смачивают водой, так что в конечном итоге он распадается на очень мелкий порошок. Затем этот порошок выщелачивают горячей водой, жидкость сливают, а квасцам дают кристаллизоваться. [ необходима цитата ]
Ундекагидрат также встречается в виде волокнистого минерала калинита ( KAl ( SO
4)
2·11ч
2О ). [32]
Исторически алюмокалиевые квасцы в основном извлекались из алунита .
Алюмокалиевые квасцы в настоящее время производятся в промышленных масштабах путем добавления сульфата калия к концентрированному раствору сульфата алюминия . [33] Сульфат алюминия обычно получают путем обработки минералов, таких как сланец алюма , боксит и криолит , серной кислотой. [34] Если в сульфате должно присутствовать много железа, то предпочтительнее использовать хлорид калия вместо сульфата калия. [34]
Алюмокалиевые квасцы используются в медицине в основном как вяжущее ( кровоостанавливающее ) и антисептическое средство .
Кровоостанавливающие карандаши представляют собой стержни, состоящие из алюмокалиевых квасцов или сульфата алюминия, которые используются местно для уменьшения кровотечения при небольших порезах (особенно от бритья ) и ссадинах, носовых кровотечениях и геморрое , а также для облегчения боли от укусов. [ необходима цитата ] Блоки алюмокалиевых квасцов натирают влажную кожу после бритья. [8]
Алюмокалиевые квасцы также используются местно для удаления прыщей и угрей , а также для прижигания афтозных язв во рту и язв , поскольку они оказывают значительное подсушивающее действие на пораженную область и уменьшают раздражение, ощущаемое на месте. [36] [37] Они использовались для остановки кровотечения в случаях геморрагического цистита [38] и используются в некоторых странах как лекарство от гипергидроза . [ необходима ссылка ]
Он используется в стоматологии (особенно в ретракции десневых нитей) из-за его вяжущих и кровоостанавливающих свойств. [ необходима цитата ]
Калийные и аммонийные квасцы являются активными ингредиентами в некоторых антиперспирантах и дезодорантах , действуя путем подавления роста бактерий , ответственных за запах тела . Антиперспирантные и антибактериальные свойства квасцов [39] [40] способствуют их традиционному использованию в качестве дезодоранта для подмышек . [12] Они использовались для этой цели в Европе, Мексике, Таиланде (где они называются sarn-som ), по всей Азии и на Филиппинах (где они называются tawas ). Сегодня калиевые или аммонийные квасцы продаются в коммерческих целях для этой цели как «дезодорирующий кристалл». [41] [42] [7] Начиная с 2005 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами США больше не признает их в качестве средства для уменьшения потоотделения, но они по-прежнему доступны и используются в нескольких других странах, в основном в Азии. [ необходима цитата ]
Алюмокалиевые квасцы были основным иммунологическим адъювантом , используемым для повышения эффективности вакцин , и использовались с 1920-х годов. [43] Но они были почти полностью заменены гидроксидом алюминия и фосфатом алюминия в коммерческих вакцинах. [44]
Квасцы можно использовать в восках для депиляции, применяемых для удаления волос на теле , или наносить на свежедепилированную кожу в качестве успокаивающего средства.
В 1950-х годах мужчины, носившие стрижки «ёжик» или «флэттоп», иногда наносили на волосы квасцы в качестве альтернативы помаде , чтобы волосы держались вертикально. [ требуется ссылка ]
Алюмокалиевые квасцы могут быть кислым ингредиентом разрыхлителя для обеспечения второй фазы заквашивания при высоких температурах (хотя для этой цели чаще используются алюмокалиевые квасцы ). [ необходима цитата ] Например, алюмокалиевые квасцы часто используются для заквашивания ютяо , традиционного китайского жареного хлеба, по всему Китаю. [45]
Квасцы использовались пекарями в Англии в 1800-х годах для придания хлебу большей белизны. Некоторые, включая Джона Сноу , предполагали, что это может вызвать рахит . [46] [47] Закон о продаже продуктов питания и лекарств 1875 года ( 38 и 39 Vict. c. 63) предотвратил эту и другие фальсификации. [48]
Алюмокалиевые квасцы, под названием «порошок квасцов», можно найти в отделе специй многих продуктовых магазинов в США . Их основное кулинарное применение — в рецептах маринования , для сохранения и придания хрусткости фруктам и овощам. [49]
Алюмокалиевые квасцы используются в качестве антипирена для придания ткани, дереву и бумажным материалам меньшей воспламеняемости. [33]
Алюмокалиевые квасцы используются при дублении кожи [50] для удаления влаги из шкуры и предотвращения гниения. [ требуется цитата ] В отличие от дубильной кислоты , квасцы не связываются со шкурой и могут быть вымыты из нее. [ требуется цитата ]
С древних времен квасцы использовались в качестве протравы для образования постоянной связи между красителем и натуральными текстильными волокнами, такими как шерсть . [51] Они также используются для этой цели при мраморировании бумаги . [52]
Алюмокалиевые квасцы использовались с глубокой древности для очистки мутных жидкостей. [53] Они до сих пор широко используются для очистки питьевой воды и воды для промышленных процессов, очистки сточных вод и послеливневой обработки озер для осаждения загрязняющих веществ. [54]
От 30 до 40 частей на миллион квасцов [53] [55] для бытовых сточных вод, часто больше для промышленных сточных вод [56] , добавляется в воду, так что отрицательно заряженные коллоидные частицы слипаются в « хлопья », которые затем всплывают на поверхность жидкости, оседают на дно жидкости или могут быть легко отфильтрованы из жидкости перед дальнейшей фильтрацией и дезинфекцией воды. [33] Как и другие подобные соли, он работает, нейтрализуя двойной электрический слой, окружающий очень мелкие взвешенные частицы, позволяя им объединяться в хлопья.
Тот же принцип используется при использовании квасцов для повышения вязкости суспензии керамической глазури ; это делает глазурь более адгезионной и замедляет скорость ее осаждения . [ необходима ссылка ]
Гидроксид алюминия из алюмокалиевых квасцов служит основой для большинства пигментов лака . [57]
Раствор квасцов обладает свойством растворять стали, не влияя на алюминий или основные металлы . Раствор квасцов можно использовать для растворения стальных режущих инструментов, застрявших в обработанных отливках. [58] [59]
В традиционном японском искусстве квасцы и животный клей растворялись в воде, образуя жидкость, известную как доуса (яп. 礬水), и использовались в качестве грунтовки для проклейки бумаги . [ необходима ссылка ]
Квасцы являются ингредиентом некоторых рецептов самодельных масс для лепки, часто называемых «пластилин» или «тесто для лепки», предназначенных для детей. [ необходима ссылка ]
Раньше алюмокалиевые квасцы использовались в качестве отвердителя для фотографических эмульсий (пленок и бумаг), обычно как часть фиксажа . Теперь их заменили в этом применении другие химикаты.
Алюмокалиевые квасцы могут быть слабым раздражителем кожи. [60]